信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

◆劉桂軍 盛麗英

本課題主要研究的是利用信息技術(shù)幫助學(xué)生理解化學(xué)微觀概念和原理，把原來(lái)微觀的概念形象化，將完全靠想象的化學(xué)原理可視化，從而建立微粒觀；模擬化學(xué)教學(xué)中難以完成的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的情境中理解并深化知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，使其成長(zhǎng)為一個(gè)有學(xué)習(xí)能力的人。

傳統(tǒng)的“五個(gè)一”（一塊黑板、一支粉筆、一張嘴、一本教材、一本教案）加上有限的化學(xué)實(shí)驗(yàn)演示的教學(xué)方法，在信息時(shí)代的今天，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求。信息技術(shù)作為現(xiàn)代教學(xué)手段是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)手段的有益補(bǔ)充。下面，筆者就信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用談?wù)勛约旱囊恍﹪L試和思考。

1 利用信息技術(shù)幫助學(xué)生理解化學(xué)微觀概念和原理[1]

化學(xué)教學(xué)作為義務(wù)教育階段最后一年開(kāi)設(shè)的一門(mén)學(xué)科，由于概念較多，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)造成了一定的障礙，有些學(xué)生因?yàn)椴焕斫饣瘜W(xué)概念造成后續(xù)學(xué)習(xí)的困難。對(duì)于微觀領(lǐng)域比較抽象的化學(xué)概念，單靠教師的語(yǔ)言講解難以讓學(xué)生理解，借助多媒體處理和轉(zhuǎn)化信息，可以幫助學(xué)生自主形成化學(xué)概念。

例如在幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀的教學(xué)中，教師充分借助多媒體。學(xué)生的世界首先是看得見(jiàn)、摸得著的宏觀世界，因此，他們?cè)谡J(rèn)識(shí)事物時(shí)更多地依賴(lài)于自己的所見(jiàn)所感，不容易從微觀的角度去認(rèn)識(shí)物質(zhì)。教師在一開(kāi)始引入微粒的概念時(shí)制作了一段視頻，就是從浩瀚的宇宙開(kāi)始搜索追尋一個(gè)微粒，從宇宙到地球，從地球到亞洲，從亞洲到中國(guó)，從中國(guó)到北京，從北京到東城，從東城到學(xué)校，從學(xué)校到一個(gè)人，從一個(gè)人到一只手，從一只手到一個(gè)細(xì)胞，從一個(gè)細(xì)胞到一個(gè)個(gè)分子，讓學(xué)生感知對(duì)于物質(zhì)的認(rèn)識(shí)就是這樣：從看不見(jiàn)的猜想假設(shè)一直到看得見(jiàn)的儀器檢測(cè)，這就是認(rèn)識(shí)微粒的發(fā)展歷程。學(xué)生也初步理解了物質(zhì)是不連續(xù)的，是由微觀粒子構(gòu)成的。

接下來(lái)學(xué)習(xí)分子、原子的概念，學(xué)生也不能想象出各種微粒的微觀結(jié)構(gòu)，就造成概念形成的困難，對(duì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)物質(zhì)構(gòu)成（哪些物質(zhì)由分子構(gòu)成，哪些物質(zhì)由原子構(gòu)成）造成障礙。借助畫(huà)圖軟件，把微觀分子、原子變成看得見(jiàn)的分子、原子模型，并且借助球棍模型使之立體化，學(xué)生就很好地理解了概念。

在學(xué)習(xí)微粒的性質(zhì)時(shí)，大部分教師采用實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生理解微粒的性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上又融進(jìn)了多媒體的使用。例如在學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)出微粒的性質(zhì)后，利用動(dòng)畫(huà)模擬了蔗糖溶解的過(guò)程以及酒精和水混溶的過(guò)程，加深了學(xué)生對(duì)于微粒性質(zhì)的理解，進(jìn)而又播放了視頻“金原子的超顯微結(jié)構(gòu)”，學(xué)生可以直觀地看到金原子之間有間隔，原子在不斷地運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)自己的分析確認(rèn)無(wú)疑。

如何檢測(cè)學(xué)生有沒(méi)有真正建立微粒觀呢？設(shè)計(jì)一個(gè)想象力比賽活動(dòng)，就是把“物質(zhì)及其變化”中分子、原子的行為通過(guò)類(lèi)比的方法表現(xiàn)出來(lái)。為了激發(fā)學(xué)生的想象力，用愛(ài)因斯坦的一段話作為活動(dòng)的前言：“當(dāng)1919年日蝕證明了我的推測(cè)時(shí)，我一點(diǎn)兒也不驚奇。要是這件事沒(méi)有發(fā)生，我倒會(huì)非常驚訝。想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉?！睂W(xué)生的表現(xiàn)超乎預(yù)期，他們借助語(yǔ)文中的文言文寫(xiě)了“兩小兒辯水”，解釋宏觀上水由氫元素、氧元素組成，微觀上水分子由氫原子和氧原子構(gòu)成，用數(shù)學(xué)中的圖形變化類(lèi)比化學(xué)變化，用英語(yǔ)中的單詞重組類(lèi)比化學(xué)變化，用音樂(lè)中音符重組類(lèi)比化學(xué)變化，等等，這些都充分證明了學(xué)生已經(jīng)建立了微粒觀。

建立“宏觀—微?！钡恼J(rèn)識(shí)對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)符號(hào)做了很好的鋪墊，這讓學(xué)生在看到一個(gè)個(gè)符號(hào)時(shí)能聯(lián)想到宏觀物質(zhì)，能想象出微觀結(jié)構(gòu)。所有的符號(hào)不再是單純的符號(hào)，而是有宏觀、微觀兩個(gè)角度的指代意義。學(xué)生初步建立“宏觀—微觀一符號(hào)”相聯(lián)系的思維方式后，繼續(xù)用這種思路學(xué)習(xí)化學(xué)方程式。

例如先演示氫氣燃燒的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生建立宏觀事實(shí)，接著引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出反應(yīng)物和生成物的微觀示意圖，再用多媒體展示動(dòng)畫(huà)，揭示氫氣燃燒的微觀實(shí)質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生很容易用符號(hào)表達(dá)出化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)方程式也就很容易寫(xiě)出來(lái)了。進(jìn)而用相似的方法，學(xué)生可以寫(xiě)出水通電、氫氧化鈉和硫酸銅反應(yīng)等其他反應(yīng)的化學(xué)方程式，這讓化學(xué)教學(xué)不再是像英語(yǔ)學(xué)習(xí)一樣單純的記憶，這也為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)奠定了扎實(shí)的不可或缺的基礎(chǔ)。

微粒觀的建立讓教師在后續(xù)教學(xué)中深深感受到它的價(jià)值和意義。在學(xué)習(xí)溶解過(guò)程以及酸堿中和的實(shí)質(zhì)時(shí)，學(xué)生很容易描述出微觀過(guò)程，這有力地證明了微粒觀已經(jīng)深入學(xué)生的認(rèn)識(shí)觀，這樣好的教學(xué)效果是應(yīng)用信息技術(shù)最成功的體現(xiàn)。

高中階段也有一些化學(xué)原理適合借助多媒體進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如在學(xué)習(xí)化學(xué)平衡時(shí)，學(xué)生不能理解可逆反應(yīng)自身的特征，對(duì)可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，認(rèn)為完全是外界原因造成的；也不能理解動(dòng)態(tài)平衡的含義，認(rèn)為“可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)就停止了”。利用3DMAX制作了課件，將反應(yīng)物、生成物的分子融合在一起，各物質(zhì)的分子數(shù)目都在變化。為了讓學(xué)生更清楚地看到過(guò)程，將反應(yīng)物、生成物的分子分開(kāi)，設(shè)置時(shí)間，第一秒反應(yīng)物分子減少得多，增加得少，生成物的分子增加得多，減少得少；直觀看到的是反應(yīng)物分子數(shù)減少，生成物的分子數(shù)增加。與學(xué)生觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合，即生成物的濃度不斷增加。但通過(guò)上述媒體展示，學(xué)生感知了逆反應(yīng)的存在，只是正、逆反應(yīng)速率不同。接下來(lái)的動(dòng)畫(huà)是第二秒、第三秒……，正反應(yīng)速率在減小，逆反應(yīng)速率在增大，到了某一時(shí)刻反應(yīng)物和生成物都是減少分子數(shù)等于增加的分子數(shù)，即正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物、生成物的濃度都不再發(fā)生變化。學(xué)生理解了化學(xué)平衡狀態(tài)建立的過(guò)程，認(rèn)識(shí)了化學(xué)平衡狀態(tài)的特征。課件也獲得了北京市一等獎(jiǎng)，全國(guó)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

2 利用信息技術(shù)模擬化學(xué)教學(xué)中難以完成的實(shí)驗(yàn)[2]

化學(xué)教學(xué)中有相當(dāng)一部分實(shí)驗(yàn)，可能由于反應(yīng)物或生成物有毒、有味，或是由于有危險(xiǎn)，無(wú)法在課堂上直接演示?？梢酝ㄟ^(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)模擬相關(guān)反應(yīng)，或者教師將有關(guān)實(shí)驗(yàn)錄制好在課堂上給學(xué)生播放視頻。如講空氣成分的測(cè)定時(shí)，動(dòng)畫(huà)模擬拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)抓取細(xì)節(jié)和多角度分析科學(xué)家實(shí)驗(yàn)，探究其中的科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)原理和誤差。接下來(lái)讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定空氣中氧氣含量時(shí)，學(xué)生就在拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下設(shè)計(jì)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，其中一個(gè)和書(shū)上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大同小異?？梢?jiàn)，形象的動(dòng)畫(huà)讓學(xué)生真正理解了實(shí)驗(yàn)原理。

在金屬資源的利用和保護(hù)課題中，從常見(jiàn)鐵礦石中提煉鐵的原理是本課題的重點(diǎn)。由于一氧化碳有毒，課堂無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)，單純畫(huà)圖講解學(xué)生分析理解起來(lái)有一定障礙。利用多媒體動(dòng)畫(huà)模擬一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)，之后播放高爐煉鐵的視頻，接下來(lái)按反應(yīng)原理和反應(yīng)條件→實(shí)驗(yàn)裝置→實(shí)驗(yàn)順序→尾氣處理這一主線來(lái)組織學(xué)生分析、討論，并將它與煉鐵生產(chǎn)的主要化學(xué)反應(yīng)原理結(jié)合起來(lái)，學(xué)生分析得頭頭是道，因?yàn)樗念^腦中有了具體的表象，也就很容易認(rèn)識(shí)化學(xué)原理對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。

除此之外，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一些錯(cuò)誤操作，如濃硫酸的稀釋?zhuān)魧⑺⑷霛饬蛩嶂芯蜁?huì)引起液滴飛濺，以上這些只能靠教師講其錯(cuò)誤原因，以及錯(cuò)誤操作可能帶來(lái)的危害，卻不能用實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)證明，否則會(huì)造成危險(xiǎn)。使用Flash動(dòng)畫(huà)模擬這些實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤操作，還可將步驟分解，放慢動(dòng)作，不僅把錯(cuò)誤的原因演示清楚，而且可以渲染氣氛，學(xué)生看后印象深刻，加深對(duì)錯(cuò)誤原因的理解。除此之外，初中化學(xué)教學(xué)中像倒吸現(xiàn)象、加熱時(shí)試管炸裂的可能原因、酒精燈的錯(cuò)誤使用都可以借助動(dòng)畫(huà)模擬，讓單純的講解變得形象生動(dòng)，一定程度上也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 利用信息技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生自我學(xué)習(xí)[3]

現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)學(xué)習(xí)型社會(huì)，每個(gè)人都需要根據(jù)工作或生活的需要不斷地自我學(xué)習(xí)，從而完善和提高自己。化學(xué)課堂教學(xué)也是有限的，在計(jì)算機(jī)多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生查閱資料。如在化學(xué)元素與人體健康時(shí)，為了讓學(xué)生更多了解某些元素（如鈣、鐵、鋅等）對(duì)人體健康的重要作用，懂得一些生活常識(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多種手段（特別是網(wǎng)絡(luò)）查找資料，運(yùn)用比較、分類(lèi)、歸納等方法獲取有用信息，與他人進(jìn)行交流和分享。

除此之外，學(xué)生還可以根據(jù)自己的知識(shí)和能力層次，在網(wǎng)絡(luò)上自主選取適合自己的化學(xué)知識(shí)和學(xué)習(xí)方式來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣既有利于成績(jī)好的學(xué)生超前學(xué)習(xí)和競(jìng)爭(zhēng)性學(xué)習(xí)，發(fā)揮其鉆研學(xué)問(wèn)的積極性和主動(dòng)性，充分發(fā)展個(gè)性特長(zhǎng)，鍛煉和提高自學(xué)能力，也能讓學(xué)習(xí)弱的學(xué)生根據(jù)需要選取適合自己的多媒體信息補(bǔ)充落下的知識(shí)或者理解不深入的問(wèn)題。例如學(xué)習(xí)好的學(xué)生可以查閱自己感興趣的或者是更深層次問(wèn)題的詳細(xì)信息，從而深化對(duì)知識(shí)的理解，也可以在網(wǎng)絡(luò)上學(xué)習(xí)共享的資源像哈佛課堂實(shí)錄，擴(kuò)充自己的知識(shí)和眼界；學(xué)習(xí)弱的學(xué)生可以選取網(wǎng)絡(luò)上的視頻片段，重新對(duì)化學(xué)某模塊知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，加深理解的同時(shí)自學(xué)能力也會(huì)逐步增長(zhǎng)。

以上是筆者在教學(xué)中運(yùn)用信息技術(shù)促進(jìn)教學(xué)的一些嘗試和思考，如何運(yùn)用信息技術(shù)優(yōu)化考試評(píng)價(jià)體系是思考的下一個(gè)問(wèn)題。

[1]祖建方.論信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[C]//中國(guó)化學(xué)課程網(wǎng).福建省高中新課程教學(xué)觀摩及教學(xué)研討會(huì)論文匯編.2007.

[2]劉小軍.信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)整合之我見(jiàn)[J].新課程:教育學(xué)術(shù),2011(7).

[3]初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].北京:人民教育出版社,2013.